JP2812427B2 - Cesium lithium borate crystal - Google Patents

Cesium lithium borate crystal

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、セシウム・リチウム
・ボレート結晶とその組成置換結晶に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、紫外線リソグラフィ
ー、レーザー微細加工、レーザー核融合などに用いられ
るレーザー発振装置や光パラメトリック発振装置の波長
変換用非線形光学結晶等として有用なセシウム・リチウ
ム・ボレート結晶とその組成置換結晶、それらの製造方
法、並びにこれを用いた光学装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cesium lithium borate crystal and a composition substitution crystal thereof. More specifically, the present invention relates to a cesium-lithium-borate crystal and its composition useful as a nonlinear optical crystal for wavelength conversion of a laser oscillation device or an optical parametric oscillation device used for ultraviolet lithography, laser micromachining, laser fusion, and the like. The present invention relates to a substituted crystal, a method for producing the same, and an optical device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術と課題】従来より、紫外線リソグラフィ
ー、レーザー微細加工、および、レーザー核融合などに
用いられるレーザー発振装置においては、安定した紫外
光を効率よく得ることが必要とされており、そのための
ひとつの方法として、現在では、非線形光学結晶を用い
て光源を波長変換して紫外光を効率よく得る方法が注目
されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a laser oscillator used for ultraviolet lithography, laser fine processing, laser fusion, and the like, it has been necessary to efficiently obtain stable ultraviolet light. As one method, attention has been paid to a method of efficiently converting the wavelength of a light source using a nonlinear optical crystal to efficiently obtain ultraviolet light.

【0003】たとえば、レーザー発振装置の一つとし
て、パルスYAGレーザー発振装置においては、非線形
光学結晶を用いて、光源の波長変換を行い、パルスYA
Gレーザーの3倍高調波(波長355nm)、または、
4倍高調波(波長266nm)を発生させている。この
ような紫外光を発生させるために必要不可欠な波長変換
用非線形光学結晶については、これまでにも多くの創意
工夫が成されており、例えば、ベータバリウムメタボレ
ート(β−BaB2 4 )や、リチウムトリボレート
(LiB3 5 )、セシウムトリボレート(CsB
3 5 )などのボレート(ホウ酸塩)結晶知られてい
る。このような紫外光を発生するための波長変換用非線
形光学結晶は、波長が200nm以下の光を透過し、高
い非線形光学定数を有している。
For example, in a pulse YAG laser oscillation device as one of the laser oscillation devices, a non-linear optical crystal is used to convert the wavelength of a light source, and a pulse YA is used.
Third harmonic of G laser (wavelength 355 nm), or
A fourth harmonic (wavelength 266 nm) is generated. For the nonlinear optical crystal for wavelength conversion, which is indispensable for generating such ultraviolet light, many ingenuity have been devised so far, for example, beta barium metaborate (β-BaB 2 O 4 ) And lithium triborate (LiB 3 O 5 ), cesium triborate (CsB
Borate (borate) crystals such as 3 O 5 ) are known. Such a nonlinear optical crystal for wavelength conversion for generating ultraviolet light transmits light having a wavelength of 200 nm or less and has a high nonlinear optical constant.

【0004】しかしながら、このような波長変換用非線
形光学結晶の一つであるβ−BaB 2 4 は、その製造
過程において、融液成長の際に相転移を起こしやすいた
めに結晶育成が非常に難しく、また、角度許容幅が狭
く、そのため、汎用性が非常に乏しかった。またさら
に、波長変換用非線形光学結晶の一つであるLiB3
6 やCsB36 は、その製造過程において、フラック
ス成長のために育成時間が非常に長くなってしまい、ま
た、波長が555nm近辺までの光しか位相整合がとれ
ないため、例えば、Nd−YAGレーザーで得られる3
倍高調波(波長355nm)の発生においては利用でき
るものの、4倍高調波(波長266nm)の発生におい
ては、利用できないという欠点があった。
[0004] However, such a non-linear for wavelength conversion
Β-BaB, one of the optical crystals TwoOFourIs its manufacture
In the process, phase transition is likely to occur during melt growth.
Crystal growth is very difficult, and the angle tolerance is narrow.
Therefore, versatility was very poor. Again
LiB, one of the nonlinear optical crystals for wavelength conversion,ThreeO
6And CsBThreeO6In the manufacturing process
The growth time has become very long due to the growth of
In addition, phase matching can be achieved only for light having a wavelength around 555 nm.
For example, 3 obtained with an Nd-YAG laser
Can be used for generation of double harmonics (wavelength 355nm)
Despite the occurrence of the fourth harmonic (wavelength 266 nm)
Had the drawback that it could not be used.

【0005】この発明は、以上の通りの従来技術の欠点
を解決するために創案されたものであり、より短波長の
光を透過してその波長の変換が可能であり、その変換効
率が高く、広い温度許容幅および角度許容幅を持つとい
った、高性能な波長変換用非線形光学結晶であるセシウ
ム・リチウム・ボレート結晶とその組成置換結晶を提供
し、かつ、この結晶の製造方法、並びにその利用法をも
提供することを目的としている。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and is capable of transmitting light having a shorter wavelength and converting the wavelength, and has a high conversion efficiency. Provided is a cesium-lithium-borate crystal, which is a high-performance nonlinear optical crystal for wavelength conversion having a wide allowable temperature range and a wide allowable angle range, and a composition substitution crystal thereof, and a method for producing the crystal and its use It also aims to provide a law.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、化学組成がCsLiB6 10
表されるセシウム・リチウム・ボレート結晶を提供す
る。また、この発明は、上記結晶の組成置換体として、
化学組成が次式
According to the present invention, there is provided a cesium lithium borate crystal having a chemical composition represented by CsLiB 6 O 10 in order to solve the above-mentioned problems. Further, the present invention provides a composition substitution product of the above crystal,
The chemical composition is

【0007】[0007]

【化3】 Embedded image

【0008】(Mは、CsおよびLi以外の少くとも1
種のアルカリ金属元素を示し、0≦x≦1、0≦y≦1
であって、xおよびyが同時に0または1となることは
ない)で表される結晶、または、次式
(M is at least 1 other than Cs and Li
0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1
Wherein x and y are not 0 or 1 at the same time) or a crystal represented by the following formula:

【0009】[0009]

【化4】 Embedded image

【0010】(Lは、少くとも1種のアルカリ土類金属
元素を示し、0<z<1である)で表わされる結晶をも
提供する。そして、この発明は、各元素の原料混合物を
加熱溶融して上記結晶を製造する方法や、トップシード
のキロプロス法による種付け法で、メルト(溶融)法に
より育成する上記結晶の製造方法、フラックス法により
育成させる上記結晶の製造方法も提供する。
[0010] The present invention also provides a crystal represented by the formula (L represents at least one kind of alkaline earth metal element and 0 <z <1). The present invention provides a method for producing the crystal by heating and melting a raw material mixture of each element, a method for producing the crystal grown by a melt (melting) method using a seeding method by a top seed kilopros method, and a flux method. The present invention also provides a method for producing the crystal grown by the method described above.

【0011】さらにまた、この発明は、上記のセシウム
・リチウム・ボレート結晶もしくはその組成置換体結晶
を光学手段として備えた高調波変換装置や光パラメトリ
ック発振装置をも提供する。
Further, the present invention also provides a harmonic converter and an optical parametric oscillator having the above-mentioned cesium-lithium-borate crystal or its composition-substituted crystal as optical means.

【0012】[0012]

【作用】この発明の発明者は、従来の紫外光を発生する
ための波長変換用非線形光学結晶として一般的に用いら
れているベータバリウムメタボレート(β−BaB2
4 )や、リチウムトリボレート(LiB3 5 )、セシ
ウムトリボレート(CsB3 5 )などのボレート(ホ
ウ酸塩)結晶が、一般的に単独の金属を含んだボレート
結晶であることに注目し、複数種の金属イオンを含ませ
ることにより、これまでに知られていない高性能なボレ
ート結晶が実現できることを見出した。
The inventor of the present invention has developed beta-barium metaborate (β-BaB 2 O) which is generally used as a conventional nonlinear optical crystal for wavelength conversion for generating ultraviolet light.
4 ) Note that borate (borate) crystals such as lithium triborate (LiB 3 O 5 ) and cesium triborate (CsB 3 O 5 ) are generally borate crystals containing a single metal. However, they have found that by including a plurality of types of metal ions, a high-performance borate crystal, which has not been known, can be realized.

【0013】すなわち、この発明の発明者は、アルカリ
金属やアルカリ土類金属等の2種以上の金属イオンを含
むボレート結晶を数種類作り、それらのボレート結晶に
Nd−YAGレーザー(波長1064nm)を照射し
て、2倍高調波(波長532nm)の発生実験を行い、
これらの数多くの実験的検証で、最適な金属の組み合わ
せを探索した。
That is, the inventor of the present invention makes several kinds of borate crystals containing two or more kinds of metal ions such as alkali metals and alkaline earth metals, and irradiates these borate crystals with an Nd-YAG laser (wavelength 1064 nm). Then, an experiment for generating a second harmonic (wavelength 532 nm) was performed.
In these numerous experimental tests, we searched for the best metal combinations.

【0014】その結果として、とくにCsとLiの両方
を含むボレート結晶から、非常に強い第2高調波が発生
することを見出し、この発明のセシウム・リチウム・ボ
レート結晶とその組成置換体としての結晶という全く新
しい結晶を完成した。この発明の結晶の製造では、初期
原料として炭酸セシウム(Cs2 CO3 )、炭酸リチウ
ム(Li2 CO3 )及び酸化ホウ素(B2 3 )等の適
宜な原料混合物を加熱溶融させることによって所定の結
晶を製造する。この時の反応式は、たとえば
As a result, it has been found that a very strong second harmonic is generated particularly from a borate crystal containing both Cs and Li, and the cesium-lithium borate crystal of the present invention and a crystal as a composition substitute thereof are obtained. A completely new crystal was completed. In the production of the crystal of the present invention, an appropriate raw material mixture such as cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and boron oxide (B 2 O 3 ) is heated and melted as an initial raw material to thereby obtain a predetermined material. To produce crystals. The reaction formula at this time is, for example,

【0015】[0015]

【化5】 Embedded image

【0016】のように表わすことができる。Cs、Li
以外のアルカリ金属元素(M)によって置換したセシウ
ム・リチウム・ボレート結晶については、次式
Can be expressed as follows. Cs, Li
The cesium-lithium-borate crystal substituted by an alkali metal element (M) other than

【0017】[0017]

【化6】 Embedded image

【0018】のように、Cs、Li以外の任意のアルカ
リ金属元素を用いたものが考慮される。たとえば、その
組成については、アルカリ金属元素(M)が、Na(ナ
トリウム)の時は、0<x≦0.01程度の組成が、K
(カリウム)の時は、0<x≦0.1程度の組成が、R
b(ルビジウム)の時は、0<x≦1程度の組成が製造
や物理的性質等の観点から好適な範囲として例示され
る。もちろん、アルカリ金属元素は、複数種添加されて
よい。
As described above, those using any alkali metal element other than Cs and Li are considered. For example, when the alkali metal element (M) is Na (sodium), the composition of about 0 <x ≦ 0.01 is expressed as K
In the case of (potassium), the composition of about 0 <x ≦ 0.1
In the case of b (rubidium), a composition satisfying about 0 <x ≦ 1 is exemplified as a suitable range from the viewpoints of production, physical properties, and the like. Of course, a plurality of alkali metal elements may be added.

【0019】これらのアルカリ金属イオンを添加するこ
とにより結晶の屈折率を変化させることが可能で、位相
整合角度や角度許容、温度許容などの改善が図られるの
みならず、同時に結晶の構造的変化を与えることによ
り、割れにくく、白濁化しない等の、より安定な結晶を
得ることができる。また、次式
By adding these alkali metal ions, the refractive index of the crystal can be changed, so that not only the phase matching angle, the angle tolerance, the temperature tolerance, etc. can be improved, but also the structural change of the crystal at the same time. Gives more stable crystals that are hardly cracked and do not become cloudy. Also,

【0020】[0020]

【化7】 Embedded image

【0021】の場合には、Ba、Sr、Ca、Mgとい
うアルカリ土類金属(L)イオンが添加される。アルカ
リ金属のみの時と同様、これらのアルカリ土類金属イオ
ンを添加することにより結晶の屈折率を変化させること
が可能で、位相整合角度や角度許容、温度許容などの改
善が図られると同時に結晶の構造的変化を与えることに
より、割れにくい、より安定な結晶が得られる。
In the case of (1), alkaline earth metal (L) ions of Ba, Sr, Ca and Mg are added. As in the case of using only alkali metal, it is possible to change the refractive index of the crystal by adding these alkaline earth metal ions, thereby improving the phase matching angle, angle tolerance, temperature tolerance, etc. By giving the structural change of, a more stable crystal that is hard to crack can be obtained.

【0022】そして、この発明では、上記の結晶を、高
調波変換や光パラメトリック発振(OPO)に用いるこ
とを可能とする。つまり、この発明は、上記結晶を具備
した光学装置をも実現するものである。以下、実施例を
示しさらに詳しくこの発明について説明する。もちろん
この発明は以下の例によって限定されるものではない。
According to the present invention, the above crystal can be used for harmonic conversion and optical parametric oscillation (OPO). That is, the present invention also realizes an optical device including the above crystal. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Of course, the present invention is not limited by the following examples.

【0023】[0023]

【実施例】実施例1 原材料としては、Cs2 CO3 、Li2 CO3 、およ
び、B2 3 を用い、これらを1:1:6のモル比で混
合して、加熱溶融させることにより結晶を製造した。こ
のときの結晶の融点は850℃であった。
EXAMPLES Example 1 Cs 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , and B 2 O 3 were used as raw materials, and they were mixed at a molar ratio of 1: 1: 6 and melted by heating. Crystals were produced. At this time, the melting point of the crystal was 850 ° C.

【0024】結晶の育成方法としてはメルト(溶融)法
を採用し、種つけにはトップシード法を用い、温度降下
法により約2週間の育成期間で、30×25×25mm
の大きさの透明な結晶を得た。得られた結晶の化学構造
式は、ICP発光分光分析、ICP質量分析等の組成分
析の結果からCsLiB6 10であることが確認され
た。示差熱分析を用いて融点を測定した結果、このセシ
ウム・リチウム・ボレート結晶の融点は、850.1℃
であった。また、X線構造分析から正方晶(空間群I4
2d)に属することが判明した。また、このセシウム・
リチウム・ボレート結晶は可視領域の光に対して、透明
であり、さらに、波長178nmまでの光を透過した。
A melt (melting) method is used as a method for growing crystals, a top seed method is used for seeding, and a growth period of about 2 weeks is 30 × 25 × 25 mm by a temperature drop method.
Transparent crystals of the size The chemical structural formula of the obtained crystal was confirmed to be CsLiB 6 O 10 from the results of composition analysis such as ICP emission spectroscopy and ICP mass spectrometry. As a result of measuring the melting point using differential thermal analysis, the melting point of the cesium lithium borate crystal was 850.1 ° C.
Met. In addition, a tetragonal crystal (space group I4
2d). In addition, this cesium
The lithium borate crystal was transparent to light in the visible region, and transmitted light up to a wavelength of 178 nm.

【0025】粉末法を用いて実効的2次非線形光学定数
を求めると、deff =4dKDF であった。さらに、この
30×25×25mmのセシウム・リチウム・ボレート
結晶を、位相整合角度で切り出して、それを研磨した結
晶に、波長1.06μmのネオジウムYAGレーザー光
を照射した結果、第2高調波である波長0.53μmの
紫外光が効率よく得られることを確認した。
When the effective second-order nonlinear optical constant was determined by using the powder method, d eff = 4d KDF . Further, this 30 × 25 × 25 mm cesium lithium borate crystal was cut out at a phase matching angle, and the polished crystal was irradiated with a neodymium YAG laser beam having a wavelength of 1.06 μm, resulting in a second harmonic. It was confirmed that ultraviolet light having a certain wavelength of 0.53 μm was efficiently obtained.

【0026】また、回転引き上げ法(回転率10rp
m、引き上げ率0.5mm/h)により、10φ×20
mmのセシウム・リチウム・ボレート結晶を育成した。
上記と同様のものであることが確認された。実施例2 炭酸セシウム(Cs2 CO3 )、炭酸リチウム(Li2
CO3 )及び酸化ホウ素(B2 3 )の混合物を加熱溶
融させることにより化学量論組成からなるセシウム・リ
チウム・ボレート結晶(CsLiB6 10)を製造し、
このセシウム・リチウム・ボレート結晶を5層制御育成
炉においてトップシードのキロプロス法による種付け法
により育成した。図1は、結晶育成に用いられた5層制
御育成炉の構造図を示したものである。この5層制御育
成炉は、炉内温度を均一に保つことのできる垂直5段式
抵抗加熱炉内に筒型白金坩堝が設置された構造となって
いる。この筒型白金坩堝内において、結晶育成用の核と
して白金ワイヤを用い、化学量論組成のセシウム・リチ
ウム・ボレートの種結晶をこの白金ワイヤにつけ、この
種結晶を1分間に15回転の速さで回転し、さらに3分
毎に回転方向を反転しながら結晶育成を行った。この時
の白金坩堝内の温度は結晶の融点である848℃に保っ
ておく。これにより、約4日間で2.9cm×2.0c
m×2.2cmの、クラックのない、透明で良質なセシ
ウム・リチウム・ボレート結晶を育成することができ
た。これは、従来の波長変換用ボレート系非線形光学結
晶の育成に比べ、非常に短期間は育成である。従って、
この発明のセシウム・リチウム・ボレート結晶の育成方
法により非常に短期間で容易にセシウム・リチウム・ボ
レート結晶を育成することができる。
The rotation pulling method (rotation rate 10 rpm)
m, lifting rate 0.5 mm / h), 10φ × 20
mm cesium lithium borate crystals were grown.
It was confirmed that it was the same as above. Example 2 Cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), lithium carbonate (Li 2
Cesium lithium borate crystal (CsLiB 6 O 10 ) having a stoichiometric composition is produced by heating and melting a mixture of CO 3 ) and boron oxide (B 2 O 3 ),
The cesium-lithium-borate crystal was grown in a five-layer controlled growth furnace by a seeding method using a top seed kilopross method. FIG. 1 shows a structural diagram of a five-layer controlled growth furnace used for crystal growth. This five-layer controlled growth furnace has a structure in which a cylindrical platinum crucible is installed in a vertical five-stage resistance heating furnace capable of keeping the furnace temperature uniform. In this cylindrical platinum crucible, a platinum wire is used as a nucleus for growing a crystal, a seed crystal of cesium lithium borate having a stoichiometric composition is attached to the platinum wire, and the seed crystal is rotated at a speed of 15 rotations per minute. , And the crystal was grown while reversing the direction of rotation every three minutes. At this time, the temperature in the platinum crucible is kept at 848 ° C., which is the melting point of the crystal. Thereby, 2.9cm × 2.0c in about 4 days
A transparent and high-quality cesium-lithium-borate crystal having a size of mx 2.2 cm and free from cracks could be grown. This is a very short period of growth compared to the conventional growth of a borate nonlinear optical crystal for wavelength conversion. Therefore,
According to the method for growing a cesium lithium borate crystal of the present invention, a cesium lithium borate crystal can be easily grown in a very short time.

【0027】セシウム・リチウム・ボレート結晶は、R
igaku AFC5R X線回折装置による結晶構造
解析の結果、空間群I42d対称群に属する正方晶結晶
であり、結晶の格子定数はa=10.494Å、c=
8.939Å、計算上の密度は2.461g/cm3
あることがわかった。図2は、このセシウム・リチウム
・ボレート結晶の3次元構造を示したものであり、ホウ
素と酸素からなるボレートリングのチャンネル内にセシ
ウム原子が位置している構造となっている。これは、従
来から一般的に用いられている非線形光学結晶のLiB
3 5 やCsB35 (ともに斜方晶)とは全く異なる
構造であることが明らかになった。
The cesium-lithium-borate crystal is represented by R
As a result of a crystal structure analysis using an igaku AFC5R X-ray diffractometer, the crystal was a tetragonal crystal belonging to the space group I42d symmetry group, and the lattice constant of the crystal was a = 10.494 ° and c =
8.939 °, the calculated density was found to be 2.461 g / cm 3 . FIG. 2 shows a three-dimensional structure of the cesium-lithium-borate crystal, in which cesium atoms are located in a channel of a borate ring composed of boron and oxygen. This is because the non-linear optical crystal LiB, which is generally used conventionally, is
It became clear that the structure was completely different from that of 3 O 5 or CsB 3 O 5 (both orthorhombic).

【0028】また、このセシウム・リチウム・ボレート
結晶は、その透過スペクトルを測定した結果、波長18
0nmから275nmの光で透明であった。図3は、短
波長領域での透過スペクトルを示したものである。この
図3から明らかなように、吸収端は180nmにあり従
来のBBO(189nm)よりも約9nm短かかった。
The cesium-lithium-borate crystal was measured for its transmission spectrum and found that the wavelength was 18
It was transparent with light from 0 nm to 275 nm. FIG. 3 shows a transmission spectrum in a short wavelength region. As apparent from FIG. 3, the absorption edge is at 180 nm, which is about 9 nm shorter than the conventional BBO (189 nm).

【0029】また、このセシウム・リチウム・ボレート
結晶の屈折率を波長240nmから1064nmの範囲
でプリズム法により測定した。図4は、この屈折率分散
曲線を示したものである。この図4において、noは常
光線に対する屈折率を、neは異常光線に対する屈折率
を示している。この屈折率分散曲線から得られる屈折率
近似式(セルマイヤー方程式)は次式のようになる。
The refractive index of the cesium lithium borate crystal was measured by the prism method in the wavelength range of 240 nm to 1064 nm. FIG. 4 shows the refractive index dispersion curve. In FIG. 4, no denotes a refractive index for an ordinary ray, and ne denotes a refractive index for an extraordinary ray. A refractive index approximation (Selmeier equation) obtained from the refractive index dispersion curve is as follows.

【0030】[0030]

【数1】 (Equation 1)

【0031】実施例3 また、このセシウム・リチウム・ボレート結晶を製造す
る時のB2 3 の混合比と温度との関係を測定した。初
期原料であるCs2 CO3 とLi2 CO3 との混合比を
1:1に保ちながら、B2 3 の混合比を66.7%〜
83.3%の範囲で変化させ、得られる混合体の焼結粉
末を示差熱分析装置にかけることにより結晶の融点を求
めた。図5は、この時のB2 3 の混合比と温度との関
係を示した相図である。この図5において、混合比1:
1のCs2 CO3 とLi2 CO3は、Cs2 O+Li2
Oとして表示されている。この図5より明らかなよう
に、B2 3 の混合比が66.7%〜81.8%の範囲
において安定にCsLiB610結晶を得ることができ
た。B2 3 の混合比が66.7%以下ではCsLiB
6 10結晶以外にCBOが同時に析出されてしまい、8
1.8%〜83.3%の範囲ではCsLiB6 10結晶
以外の不明の結晶が同時析出されてしまい、結晶製造が
不安定となってしまった。従って、このセシウム・リチ
ウム・ボレート結晶の製造においては、初期原料である
2 3 を混合比66.7%〜81.8%の範囲で用い
ることが好ましいことがわかった。そしてまた、安定に
製造されたCsLiB6 10結晶の融点は848℃であ
り、この温度で調和溶融することがわかった。
Example 3 The relationship between the mixing ratio of B 2 O 3 and the temperature at the time of producing the cesium-lithium-borate crystal was measured. While maintaining the mixture ratio of Cs 2 CO 3 and Li 2 CO 3 as the initial raw materials at 1: 1, the mixture ratio of B 2 O 3 is 66.7% or more.
The melting point of the crystal was determined by subjecting the mixture to a sintered powder of the obtained mixture by a differential thermal analyzer with the temperature varied within the range of 83.3%. FIG. 5 is a phase diagram showing the relationship between the mixing ratio of B 2 O 3 and the temperature at this time. In FIG. 5, the mixing ratio is 1:
Cs 2 CO 3 and Li 2 CO 3 are Cs 2 O + Li 2
It is indicated as O. As is clear from FIG. 5, CsLiB 6 O 10 crystals could be obtained stably when the mixing ratio of B 2 O 3 was in the range of 66.7% to 81.8%. When the mixing ratio of B 2 O 3 is 66.7% or less, CsLiB
CBO was simultaneously precipitated in addition to the 6 O 10 crystal, and 8
In the range of 1.8% ~83.3% CsLiB 6 O 10 causes unknown crystal other than the crystal is simultaneous precipitation, crystal production has become unstable. Therefore, in the production of the cesium lithium borate crystal, it was found that it is preferable to use B 2 O 3 as the initial raw material in a mixing ratio of 66.7% to 81.8%. In addition, the melting point of the CsLiB 6 O 10 crystal that was stably manufactured was 848 ° C., and it was found that harmonic melting was performed at this temperature.

【0032】このように、このセシウム・リチウム・ボ
レート結晶は、その融点が848℃と、従来の、非線形
光学結晶の融点に比べて低く、さらに調和溶融組成であ
るため、従来の、融液成長をすると相転移を起こし易い
β−BaB2 4 や、フラックス成長のため育成時間が
非常に長いLiB3 5 に比べ、組成が一定である良質
な結晶を容易に短期間で育成することがトップシードの
キロプロス法による種付け法の採用や、フラックス法に
よって可能である。実施例4 炭酸セシウム(Cs2 CO3 )、炭酸リチウム(Li2
Co3 )及び酸化ホウ素(B2 3 )を、1:1:5.
5(B2 3 が73.3%)の混合比で12kg加熱溶
融させることによりセシウム・リチウム・ボレート結晶
を製造し、このセシウム・リチウム・ボレート結晶を5
層制御育成炉においてフラックス法により大型に育成す
る。大型結晶育成には温度降下幅大きくすることが必
要となるため、フラックス法が適している。大型結晶を
育成するために白金坩堝は直径20cm、高さ20cm
の大型なものを用いた。この時の育成飽和温度は845
℃と測定された。育成温度を845℃から843.5℃
まで1日約0.1℃降下させることにより結晶育成を行
った。これにより、約21日間で13cm×12cm×
10cm、重量約1.6kgの透明な大型単結晶を育成
することができた。この結晶育成においては、従来のL
iB3 5 の結晶の育成に見られるHopper Gr
owthなどのような不安定成長は観測されず、非常に
安定した成長であった。実施例5 Nd:YAGレーザーにおいて、波長変換用非線形光学
結晶としてこの発明のセシウム・リチウム・ボレート結
晶(CsLiB6 10)を用いることによりNd:YA
Gレーザー(波長1064nm)の2倍高調波(SH
G:波長532nm)を発生させた。
As described above, the cesium lithium borate crystal has a melting point of 848 ° C., which is lower than the melting point of the conventional nonlinear optical crystal, and has a harmonic melting composition. In comparison with β-BaB 2 O 4 , which tends to cause a phase transition, and LiB 3 O 5 , which has a very long growth time due to flux growth, it is easy to grow a high-quality crystal having a constant composition in a short period of time. It is possible to adopt the seeding method by the top seed kilopros method or the flux method. Example 4 Cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), lithium carbonate (Li 2
Co 3 ) and boron oxide (B 2 O 3 ) in a ratio of 1: 1: 5.
5 (B 2 O 3 73.3%) to produce a cesium-lithium-borate crystal by 12kg heated and melted in a mixing ratio of the cesium-lithium-borate crystal 5
It grows large by the flux method in the layer control growth furnace. The flux method is suitable for growing large crystals because it is necessary to increase the temperature drop width. Platinum crucible is 20cm in diameter and 20cm in height to grow large crystals
Was used. At this time, the growth saturation temperature is 845.
° C. Growth temperature from 845 ° C to 843.5 ° C
The crystal was grown by lowering the temperature by about 0.1 ° C. per day. Thereby, 13cm x 12cm x in about 21 days
A large transparent single crystal having a size of 10 cm and a weight of about 1.6 kg could be grown. In this crystal growth, the conventional L
Hopper Gr observed in iB 3 O 5 crystal growth
No unstable growth such as owth was observed, and the growth was very stable. Example 5 In a Nd: YAG laser, Nd: YA was obtained by using the cesium-lithium-borate crystal (CsLiB 6 O 10 ) of the present invention as a nonlinear optical crystal for wavelength conversion.
Second harmonic (SH) of G laser (wavelength 1064 nm)
G: wavelength 532 nm).

【0033】図6は、2倍高調波発生(SHG)が可能
な結晶の位相整合角θと入射レーザー波長との関係を示
したものである。この図6において、点線はType−
I型のSHGのセルマイヤー方程式による計算値を、実
線はType−II型のSHGのセルマイヤー方程式によ
る計算値を、そして黒点は実測値を示している。SHG
波長の限界はType−I型で477nm、Type−
II型で640nmである。この図6から明らかなよう
に、例えば、波長1064nmのNd:YAGレーザー
光のType−I型のSHG入射角度は計算では29.
6℃、実測値では約30℃であり、また、波長532n
mのNd:YAGレーザー光のType−I型のSHG
入射角度は計算では62.5℃、実測値では62℃であ
り、ほぼ一致した値を示していることがわかる。
FIG. 6 shows the relationship between the phase matching angle θ of the crystal capable of generating the second harmonic (SHG) and the wavelength of the incident laser. In FIG. 6, the dotted line is Type-
The solid line shows the calculated value by the Cell Meyer equation of the type I SHG, the solid line shows the calculated value by the Cell Meyer equation of the Type-II type SHG, and the black dots show the actually measured values. SHG
The wavelength limit is 477 nm for Type-I type and Type-I type.
It is 640 nm for type II. As is apparent from FIG. 6, for example, the Type-I type SHG incident angle of the Nd: YAG laser beam having a wavelength of 1064 nm is calculated as 29.
6 ° C., the measured value is about 30 ° C., and the wavelength 532 n
Type-I type SHG of m Nd: YAG laser light
The incident angle is 62.5 ° C. in the calculation and 62 ° C. in the actually measured value.

【0034】図7は、セルマイヤー方程式から計算して
得られたType−I型SHGに対するウォークオフ角
と波長との関係を示したものである。この図7におい
て、実線はこの発明のCLBOを、点線は従来のBBO
を示している。また、表1は、入射波長1064nm、
532nmにおけるこの発明のCLBOと従来のBBO
のType−I型SHGに対する位相整合角θ、実効的
非線形光学定数deff 、角度許容Δθ・L、波長許容Δ
λ・L、温度許容ΔT・L、ウォークオフ角、対レーザ
ー損傷しきい値の各計算値を示したものである。これら
の値を計算するために必要なBBOに対する屈折率は
「J. Appl. Phys, vol. 62」D. Eimerl, L. Davis,
S. Velsko, E. K. Graham, A. Zalkin 著(1987
年)p.1968に示される文献値を用いた。
FIG. 7 shows the relationship between walk-off angle and wavelength for Type-I type SHG obtained by calculation from the Cellmeier equation. In FIG. 7, the solid line represents the CLBO of the present invention, and the dotted line represents the conventional BBO.
Is shown. Table 1 shows that the incident wavelength is 1064 nm,
CLBO of the invention at 532 nm and conventional BBO
Phase matching angle θ for Type-I type SHG, effective nonlinear optical constant d eff , allowable angle Δθ · L, allowable wavelength Δ
It shows calculated values of λ · L, allowable temperature ΔT · L, walk-off angle, and laser damage threshold. The refractive index for BBO required to calculate these values is described in J. Appl. Phys, vol. 62, D. Eimerl, L. Davis,
By S. Velsko, EK Graham, A. Zalkin (1987
Year) p. Reference values shown in 1968 were used.

【0035】実効的非線形光学定数deff は、KH2
4 (KDP)結晶のSHGと比較することにより得
た。CLBOはKDPと結晶構造が全く同じであり、二
次非線形光学定数はd36で表され、deff との関係はd
eff =−d36sinθsin2φである。この式を用い
ることによりdeff を求めた。KDPの基準値d36
0.435pm/Vを用いた。
The effective nonlinear optical constant d eff is KH 2 P
Obtained by comparison with SHG of O 4 (KDP) crystal. CLBO has exactly the same crystal structure as KDP, the second-order nonlinear optical constant is represented by d 36 , and the relationship with d eff is d d
eff = −d 36 sin θ sin 2φ D eff was determined by using this equation. Reference value d 36 of the KDP was used 0.435pm / V.

【0036】角度許容Δθ・L、波長許容Δλ・Lはセ
ルマイヤー方程式から計算で求めた。また、温度許容Δ
T・Lは、計算からは得ることができないため20℃か
ら15℃の範囲で実測した。
The allowable angle Δθ · L and the allowable wavelength Δλ · L were calculated from the Selmeier equation. Also, the temperature tolerance Δ
Since TL cannot be obtained from calculation, it was measured in the range of 20 ° C to 15 ° C.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】この表1から明らかなように、この発明の
CLBOは、従来のBBOに比べて、かなり小さな実効
的非線形光学定数を有しているのにもかかわらず、より
大きな角度許容、波長許容、温度許容を持ち、また、よ
り小さなウォークオフ角を持つことがわかる。従って、
この発明のセシウム・リチウム・ボレート結晶は、従来
の非線形光学結晶よりもより効果的に波長変換を行うこ
とができる。実施例6 Nd:YAGレーザーにおいて、この発明のセシウム・
リチウム・ボレート結晶(CsLiB6 10)を用いる
ことによりNd:YAGレーザー(波長1064nm)
の4倍高調波(4HG:波長266nm)を発生させ
た。入射光としてはパルス幅8ナノ秒のQスイッチレー
ザーの2倍高調波光(SHG)を用い、この入射光をビ
ーム径4mm、繰り返し10Hzで照射した。図8は、
入射光SHGのエネルギー出力と4HGのエネルギー出
力との関係、つまり4倍高調波発生特性を示したもので
ある。この図8において、実線はこの発明のCLBO
を、点線はBBOを示している。試料の長さは、CLB
Oが9mm、BBOは7mmである。この図8から明ら
かなように、入射光であるSHGのエネルギーが大きく
なるにつれて、BBOは4HGのエネルギーが飽和傾向
を示すが、この発明のCLBOは入射エネルギーの2乗
に比例しており、入射光のエネルギーが大きい高入射エ
ネルギー領域においてはBBOより大きなエネルギーの
4HG出力を得ていることがわかる。従って、この発明
のセシウム・リチウム・ボレート結晶は、高出力の紫外
光を発生することができる非常に優れた波長変換用非線
形光学結晶として用いることができる。実施例7 Nd:YAGレーザーにおいて、この発明のセシウム・
リチウム・ボレート結晶(CsLiB6 10)を用いる
ことによりNd:YAGレーザー(波長1064nm)
の5倍高調波(5HG:波長213nm)を発生させ
た。
As is apparent from Table 1, the CLBO of the present invention has a much larger angle tolerance and wavelength tolerance than the conventional BBO, despite having a much smaller effective nonlinear optical constant. It has a lower temperature tolerance and a smaller walk-off angle. Therefore,
The cesium lithium borate crystal of the present invention can perform wavelength conversion more effectively than a conventional nonlinear optical crystal. Example 6 In a Nd: YAG laser, the cesium
Nd: YAG laser (wavelength: 1064 nm) by using lithium borate crystal (CsLiB 6 O 10 )
(4HG: wavelength 266 nm) was generated. As incident light, second harmonic light (SHG) of a Q-switch laser having a pulse width of 8 nanoseconds was used, and the incident light was repeatedly irradiated at a beam diameter of 4 mm and 10 Hz. FIG.
It shows the relationship between the energy output of the incident light SHG and the energy output of 4HG, that is, the fourth harmonic generation characteristic. In FIG. 8, the solid line indicates the CLBO of the present invention.
, And the dotted line indicates BBO. Sample length is CLB
O is 9 mm and BBO is 7 mm. As is apparent from FIG. 8, as the energy of the incident light, SHG, increases, the energy of 4HG of BBO tends to saturate. However, the CLBO of the present invention is proportional to the square of the incident energy. It can be seen that in the high incident energy region where the light energy is large, a 4HG output with higher energy than BBO is obtained. Therefore, the cesium lithium borate crystal of the present invention can be used as a very excellent nonlinear optical crystal for wavelength conversion capable of generating high-power ultraviolet light. Example 7 In a Nd: YAG laser, the cesium
Nd: YAG laser (wavelength: 1064 nm) by using lithium borate crystal (CsLiB 6 O 10 )
(5HG: wavelength 213 nm).

【0039】図9は、セルマイヤー方程式からこの発明
のCLBOにおける2つの周波数の光(ω1 、ω2 )に
対する和周波発生が可能な周波数(ω1 +ω2 =ω3
を計算した結果を示したものである。横軸は周波数ω1
に対応する光の波長λ1 、縦軸は周波数ω2 に対応する
光の波長λ2 と周波数ω3 に対応する光の波長λ3 を示
している。この図9において、実線より上の斜線で示し
た領域が和周波発生が可能な領域である。また、点線は
和周波の結果得られる波長λ3 を示している。例えば、
Nd:YAGレーザーの基本波(波長1064nm)を
ωとするとω+4ω=5ωが可能である。つまり、基本
波と4倍高調波との和周波により5倍高調波を発生させ
ることができる。しかしながら、2倍高調波と3倍高調
波との和周波による5倍高調波発生は不可能である。
FIG. 9 shows a frequency (ω 1 + ω 2 = ω 3 ) at which a sum frequency can be generated for two frequencies of light (ω 1 , ω 2 ) in the CLBO of the present invention from the Cellmeier equation.
Is the result of calculating. The horizontal axis is frequency ω 1
Wavelength lambda 1 of the light corresponding to, the vertical axis represents the wavelength lambda 3 of the light corresponding to the wavelength lambda 2 and the frequency omega 3 of light corresponding to the frequency omega 2. In FIG. 9, a region indicated by oblique lines above the solid line is a region where sum frequency generation is possible. The dotted line indicates the wavelength λ 3 obtained as a result of the sum frequency. For example,
Assuming that the fundamental wave (wavelength 1064 nm) of the Nd: YAG laser is ω, ω + 4ω = 5ω is possible. That is, the fifth harmonic can be generated by the sum frequency of the fundamental wave and the fourth harmonic. However, it is impossible to generate the fifth harmonic by the sum frequency of the second harmonic and the third harmonic.

【0040】なお、図9において、黒点はω+4ωの和
周波により得られる波長と2ω+3ωの和周波により得
られる波長を示したものである。ω+4ωを示す黒点の
みが斜線の領域内に存在するため、ω+4ωの和周波に
よりのみ5倍高調波を発生させることができることがわ
かる。また、図9の点線(波長λ3 )から明らかなよう
に、適当な波長λ1 と波長λ2 を選ぶことにより200
nm以下の波長をも和周波により発生させることができ
ることがわかる。
In FIG. 9, the black points indicate the wavelength obtained by the sum frequency of ω + 4ω and the wavelength obtained by the sum frequency of 2ω + 3ω. Since only the black point indicating ω + 4ω exists in the shaded region, it can be seen that the fifth harmonic can be generated only by the sum frequency of ω + 4ω. Further, as is clear from the dotted line (wavelength λ 3 ) in FIG. 9, by selecting appropriate wavelengths λ 1 and λ 2 ,
It can be seen that wavelengths of nm or less can be generated by the sum frequency.

【0041】図10は、この発明のCLBOにより発生
したNd:YAGレーザーの5倍高周波のビームパター
ンの写真を示したものである。図11は、その時の2倍
高調波、4倍高調波、および5倍高調波発生の結晶配置
図を示したものである。また、表2は、この発明のCL
BOと従来のBBOの各周波数エネルギー値を示したも
のである。この表2から明らかなように、従来のBBO
により得られた5ωは20mJであるが、この発明のC
LBOにより得られた5ωは35mJとより高出力であ
ることがわかる。従って、この発明のセシウム・リチウ
ム・ボレート結晶は従来のBBOよりもより高出力の5
倍高調波を発生させることができ、非常に優れた5倍高
調波発生用非線形光学結晶として用いることができる。
また、図10より得られるビームパターンも円形に近
く、ビーム全体にわたる波長変化が可能なことを示して
いる。これは、BBOに比べてCLBOは角度許容Δθ
・Lが大きいことに起因している。
FIG. 10 shows a photograph of a beam pattern at a frequency five times higher than that of the Nd: YAG laser generated by the CLBO of the present invention. FIG. 11 shows a crystal layout of the second harmonic, the fourth harmonic, and the fifth harmonic at that time. Table 2 shows the CL of the present invention.
It shows each frequency energy value of BO and conventional BBO. As is clear from Table 2, the conventional BBO
Is 20 mJ obtained by the method of the present invention.
It can be seen that 5ω obtained by LBO is a higher output of 35 mJ. Therefore, the cesium lithium borate crystal of the present invention has a higher output power than the conventional BBO.
It can generate a second harmonic and can be used as a very excellent nonlinear optical crystal for fifth harmonic generation.
The beam pattern obtained from FIG. 10 is also close to a circle, indicating that the wavelength can be changed over the entire beam. This is because CLBO has an angle tolerance Δθ compared to BBO.
-L is large.

【0042】[0042]

【表2】 [Table 2]

【0043】実施例8 Arレーザーの波長488nmの出力をこの発明のセシ
ウム・リチウム・ボレート結晶により2倍高調波にし
た。前記の表1には、入射波長488nmにおけるこの
発明のCLBOと従来のBBOのType−I型SHG
に対する位相整合角θ、実効的非線形光学定数deff
角度許容Δθ・L、波長許容Δλ・L、温度許容ΔT・
L、ウォークオフ角、対レーザー損傷しきい値の各計算
値を示した。各計算方法は実施例6において説明した方
法と同じ方法で計算した。この表1から明らかなよう
に、CLBOのウォークオフ角は0.98度と、ほとん
ど非臨界位相整合状態に近くなるため、この発明のセシ
ウム・リチウム・ボレート結晶は、従来のBBOに比べ
て非常に高い変換効率となることがわかる。実施例9 この発明のセシウム・リチウム・ボレート結晶を光パラ
メトリック発振(OP:optical parametric oscillati
on)に用いた。
Example 8 The output of an Ar laser at a wavelength of 488 nm was made a second harmonic by the cesium lithium borate crystal of the present invention. Table 1 shows that Type-I type SHG of CLBO of the present invention and conventional BBO at an incident wavelength of 488 nm.
, The effective nonlinear optical constant d eff ,
Angle allowance Δθ · L, wavelength allowance Δλ · L, temperature allowance ΔT ·
The calculated values of L, walk-off angle, and laser damage threshold are shown. Each calculation method was calculated by the same method as described in Example 6. As is apparent from Table 1, the walk-off angle of CLBO is 0.98 degrees, which is almost close to the non-critical phase matching state. Therefore, the cesium-lithium borate crystal of the present invention is much more intense than the conventional BBO. It can be seen that the conversion efficiency is high. Embodiment 9 The cesium-lithium-borate crystal of the present invention was subjected to optical parametric oscillation (OP: optical parametric oscillati).
on).

【0044】光パラメトリック発振(OPO)とは、非
線形光学結晶内の非線形分極をレーザー光で励起するこ
とにより、励起光のエネルギーが分極電子の非線形振動
を介してシグナル光とアイドラー光に分割される波長変
換過程のことであり、広範囲な波長領域をチューニング
することが可能なため、広い範囲での応用が期待されて
いるものである。この発明のセシウム・リチウム・ボレ
ート結晶は実効的非線形光学定数が比較的大きく、結晶
長が長くとれ、さらに対レーザー損傷しきい値が高いた
めに励起光のパワー密度が大きくとれるので、OPO用
結晶として優れた特性を有している。
Optical parametric oscillation (OPO) is a technique in which the non-linear polarization in a non-linear optical crystal is excited by laser light, so that the energy of the excitation light is split into signal light and idler light through the non-linear oscillation of polarized electrons. This is a wavelength conversion process, which can be tuned over a wide wavelength range, and is expected to be applied to a wide range. Cesium-lithium-borate crystal of the present invention has a relatively large effective nonlinear optical constant, the crystal length is taken long, because the power density of the excitation light is made large due to the high further pairs laser damage threshold, crystal for OPO It has excellent characteristics.

【0045】図12は、励起光の波長を213nm、2
66nm、355nm、及び532nmとしたときにT
ype−Iで発生するシグナル光の波長とその時の位相
整合角度との関係を示した位相整合チューニング曲線図
である。また、図13は、励起光の波長が532nmと
したときのType−IIで発生するシグナル光の波長と
その時の位相整合角度との関係を示した位相整合チュー
ニング曲線図である。この図12と図13から明らかな
ように、この発明のセシウム・リチウム・ボレート結晶
はOPO用結晶としても優れた特性を示すことがわか
る。
FIG. 12 shows that the wavelength of the excitation light is 213 nm,
T at 66 nm, 355 nm, and 532 nm
FIG. 4 is a phase matching tuning curve diagram showing a relationship between a wavelength of signal light generated in ype-I and a phase matching angle at that time. FIG. 13 is a phase matching tuning curve diagram showing the relationship between the wavelength of the signal light generated in Type-II and the phase matching angle at that time when the wavelength of the excitation light is 532 nm. As is apparent from FIGS. 12 and 13, it is understood that the cesium-lithium-borate crystal of the present invention exhibits excellent characteristics as an OPO crystal.

【0046】特に、Nd:YAGレーザーの4倍高調波
(波長266nm)での励起によるOPOでは300n
m近傍の可変波長レーザー光が得られるが、このことは
従来のBBOでは角度許容Δθ・Lが小さくウォークオ
フが大きいため実施が不可能であった。実施例10 実施例2と同様にして、Rb(ルビジウム)置換のセシ
ウム・リチウム・ボレート結晶Cs1-x LiRbx 6
10を製造した。
Particularly, in the case of the OPO excited by the fourth harmonic (wavelength 266 nm) of the Nd: YAG laser, 300 n
A variable wavelength laser light in the vicinity of m can be obtained, but this was impossible in the conventional BBO because the allowable angle Δθ · L was small and the walk-off was large. Example 10 In the same manner as in Example 2, Rs (rubidium) -substituted cesium-lithium-borate crystal Cs 1-x LiRb x B 6
The O 10 was produced.

【0047】得られた結晶を粉末X線回折法で評価した
結果、図14に示すようにRbを添加していないサンプ
ル(Rb,x=0)のX線回折パターンに対して、x=
0.2、0.5、0.7と順にRb量を増やして行くこ
とにより、特に(312)面の反射と(213)面の反
射の角度間隔が序々に狭くなっている。これはCsとR
bが任意の割合で結晶の中に入ることを示すものであ
る。Rbを任意に添加した結晶はRbが添加されていな
いCLBOと同じ結晶形で正方晶結晶であるが、格子定
数が変化してゆくことがわかる。
The obtained crystals were evaluated by the powder X-ray diffraction method. As a result, as shown in FIG. 14, the X-ray diffraction pattern of the sample (Rb, x = 0) to which Rb was not added was x =
By increasing the Rb amount in the order of 0.2, 0.5, and 0.7, the angular interval between the reflection on the (312) plane and the reflection on the (213) plane is gradually narrowed. This is Cs and R
This indicates that b enters the crystal at an arbitrary ratio. Rb Crystals optionally added is Ru tetragonal der the same crystal form as the CLBO not added Rb is, it can be seen that the lattice constant slide into change.

【0048】このことよりRbイオンの添加はその量が
任意に添加できるため、結晶の屈折率を変化させること
が可能で、位相整合角度や角度許容、温度許容などの改
善が図られることが判明した。また、同様にして、Rb
の添加量(x)が0.1以下のものも製造した。結晶構
造の安定性はより良好であることが確認された。実施例11 実施例10において、Rbに代えて、K,Naを各々添
加して結晶を製造した。その組成比(x)が、K(カリ
ウム)の場合には0.1以下で、Na(ナトリウム)の
場合には、0.01以下で、良質の結晶が得られること
が確認された。
From this, it can be seen that the addition of Rb ions can be arbitrarily added, so that the refractive index of the crystal can be changed, and the phase matching angle, angle tolerance, temperature tolerance, etc. can be improved. did. Similarly, Rb
Was also produced with an addition amount (x) of 0.1 or less. It was confirmed that the stability of the crystal structure was better. Example 11 In Example 10, a crystal was produced by adding K and Na, respectively, instead of Rb. When the composition ratio (x) was K (potassium), it was 0.1 or less, and when Na (sodium), the composition ratio was 0.01 or less, and it was confirmed that good quality crystals could be obtained.

【0049】また、Rbとともに、KまたはNaを共存
させた結晶も製造した。この場合には、 Cs1-x Li1-y Rbx (Na,K)y 6 10 の組成において、0<x<1で、0<y<0.1におい
てより安定した結晶が得られた。実施例12 実施例10において、アルカリ金属に代えてアルカリ土
類金属元素を添加した結晶を得た。
Also, a crystal in which K or Na coexists with Rb was produced. In this case, in the composition of Cs 1-x Li 1-y Rb x (Na, K) y B 6 O 10 , more stable crystals are obtained when 0 <x <1 and 0 <y <0.1. Was done. Example 12 In Example 10, a crystal was obtained in which an alkaline earth metal element was added instead of the alkali metal.

【0050】たとえばCs2(1-z)Li2 BaZ 1220
の組成の場合には、0<z≦0.1において安定した結
晶が得られることが確認された。
[0050] For example Cs 2 (1-z) Li 2 Ba Z B 12 O 20
In the case of the composition, it was confirmed that a stable crystal was obtained at 0 <z ≦ 0.1.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、新規なセシウム・リチウム・ボレート結晶を提供
することができる。この結晶は、より短波長の光を透過
してその波長の変換が可能であり、その変換効率が高
く、広い温度許容幅および角度許容幅を持つといった、
高性能な波長変換結晶として用いることができる。さら
にまた、融点が848℃と低く、さらに調和溶融組成で
あるため、組成が一定である良質な大型結晶を容易に短
期間で育成することがトップシードのキロプロス法によ
る種付け法を用いたメルト法、または、フラックス法に
より可能である。
As described in detail, according to the present invention, a novel cesium lithium borate crystal can be provided. This crystal is capable of transmitting light of shorter wavelength and converting the wavelength, has a high conversion efficiency, and has a wide temperature tolerance and an angle tolerance.
It can be used as a high-performance wavelength conversion crystal. Furthermore, since the melting point is as low as 848 ° C., and since it is a harmonized molten composition, it is possible to easily grow a high-quality large crystal having a uniform composition in a short period of time by a melt method using a seeding method by a top seed kilopros method. Or the flux method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例であるセシウム・リチウム
・ボレート結晶の育成用の5層制御結晶育成炉の構造例
を示した構造図である。
FIG. 1 is a structural diagram showing a structural example of a five-layer control crystal growing furnace for growing a cesium lithium borate crystal according to one embodiment of the present invention.

【図2】この発明のセシウム・リチウム・ボレート結晶
のa軸方向から見た構造を示した3次元構造図である。
FIG. 2 is a three-dimensional structural diagram showing the structure of the cesium lithium borate crystal of the present invention as viewed from the a-axis direction.

【図3】この発明のセシウム・リチウム・ボレート結晶
の透過スペクトルを示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a transmission spectrum of a cesium lithium borate crystal of the present invention.

【図4】この発明のセシウム・リチウム・ボレート結晶
の屈折率分散曲線を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a refractive index dispersion curve of the cesium lithium borate crystal of the present invention.

【図5】この発明のセシウム・リチウム・ボレート結晶
の製造時における酸化ホウ素(B2 3 )の混合比と温
度との関係を示した関係図である。
FIG. 5 is a relationship diagram showing the relationship between the mixing ratio of boron oxide (B 2 O 3 ) and the temperature during the production of the cesium lithium borate crystal of the present invention.

【図6】この発明の一実施例であるセシウム・リチウム
・ボレート結晶のNd:YAGレーザーにおける2倍高
調波発生(SHG)が可能な結晶の位相整合角θと入射
レーザー波長との関係を示した図である。
FIG. 6 shows a relationship between an incident laser wavelength and a phase matching angle θ of a cesium-lithium-borate crystal Nd: YAG laser capable of generating a second harmonic (SHG) according to an embodiment of the present invention. FIG.

【図7】この発明の一実施例であるセシウム・リチウム
・ボレート結晶のNd:YAGレーザーにおけるウォー
クオフ角と入射レーザー波長との関係を示した図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the walk-off angle and the incident laser wavelength of a cesium lithium borate crystal according to an embodiment of the present invention in a Nd: YAG laser.

【図8】この発明の一実施例であるセシウム・リチウム
・ボレート結晶の4倍高調波発生特性を示した図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing the fourth harmonic generation characteristics of a cesium lithium borate crystal according to one embodiment of the present invention.

【図9】この発明の一実施例であるセシウム・リチウム
・ボレート結晶の和周波発生による非臨界位相整合波長
の理論曲線、及びその結果得られる和周波の波長を示し
た図である。
FIG. 9 is a diagram showing a theoretical curve of a non-critical phase matching wavelength by generation of a sum frequency of a cesium-lithium borate crystal according to an embodiment of the present invention, and a resulting sum frequency wavelength.

【図10】この発明の一実施例であるセシウム・リチウ
ム・ボレート結晶の和周波発生により得られたNd:Y
AGレーザーの5倍高調波、及び2倍高調波と4倍高調
波のビームパターンを示した図面に代わる写真である。
FIG. 10 shows Nd: Y obtained by sum frequency generation of cesium lithium borate crystal according to one embodiment of the present invention.
It is a photograph instead of the drawing which showed the beam pattern of the 5th harmonic, the 2nd harmonic, and the 4th harmonic of the AG laser.

【図11】この発明の一実施例であるセシウム・リチウ
ム・ボレート結晶の和周波発生より得られNd:YA
Gレーザーの5倍高調波、及び2倍高調波と4倍高調波
発生の結晶配置図を示したものである。
[11] that is obtained from the sum frequency generation of the cesium-lithium-borate crystal which is an embodiment of the present invention Nd: YA
5th harmonic of G laser, 2nd harmonic and 4th harmonic
FIG. 3 shows a crystal arrangement diagram of the occurrence .

【図12】励起光の波長を213nm、266nm、3
55nm、及び532nmとした時のこの発明の一実施
例であるセシウム・リチウム・ボレート結晶によるTy
pe−I OPOの位相整合チューニング曲線図であ
る。
FIG. 12 shows that the wavelength of the excitation light is 213 nm, 266 nm, and 3
Ty by cesium lithium borate crystal according to one embodiment of the present invention at 55 nm and 532 nm
It is a phase matching tuning curve figure of pe-IOPO.

【図13】励起光の波長を532nmとした時のこの発
明の一実施例であるセシウム・リチウム・ボレート結晶
によるType−II OPOの位相整合チューニング曲
線図である。
FIG. 13 is a phase-matching tuning curve of a Type-II OPO using a cesium-lithium-borate crystal according to an embodiment of the present invention when the wavelength of the excitation light is 532 nm.

【図14】Cs1-x LiRbx 6 10の結晶について
の粉末X線回折データを示した図である。
FIG. 14 is a diagram showing powder X-ray diffraction data of a crystal of Cs 1-x LiRb x B 6 O 10 .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 特許法第30条第1項適用申請有り JPN.J.APP L.PHYS.VOL.34(1995)PP.L296−L 298,PART2,NO.3A,MARCH 1995に発 表 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 29/22 G02F 1/35 G02F 1/37 H01S 3/18────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page Application for Patent Law Article 30 (1) application is available. J. APP L. PHYS. VOL. 34 (1995) PP. L296-L298, PART2, NO. 3A, published in MARCH 1995 (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C30B 29/22 G02F 1/35 G02F 1/37 H01S 3/18

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 化学組成がCsLiB6 10で表される
セシウム・リチウム・ボレート結晶。
1. A cesium lithium borate crystal having a chemical composition represented by CsLiB 6 O 10 .
【請求項2】 化学組成が次式 【化1】Cs1-x Li1-y x+y 6 10 (Mは、CsおよびLi以外の少くとも1種のアルカリ
金属元素を示し、0≦x≦1、0≦y≦1であって、x
およびyが同時に0または1となることはない)で表わ
される置換セシウム・リチウム・ボレート結晶。
The chemical composition is represented by the following formula: Cs 1-x Li 1-y M x + y B 6 O 10 (M represents at least one alkali metal element other than Cs and Li; 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and x
And y are not 0 or 1 at the same time).
【請求項3】 化学組成が次式 【化2】Cs2(1-z)Li2 z 1220 (Lは、少くとも1種のアルカリ土類金属元素を示し、
0<z<1である)で表わされる置換セシウム・リチウ
ム・ボレート結晶。
(3) a chemical composition represented by the following formula: Cs 2 (1-z) Li 2 L z B 12 O 20 (L is at least one kind of alkaline earth metal element;
0 <z <1) substituted cesium lithium borate crystal represented by the formula:
【請求項4】 構成元素の原料混合物を加熱溶融させる
ことにより結晶を製造することを特徴とする請求項1な
いし3のいずれかの結晶の製造方法。
4. The method for producing a crystal according to claim 1, wherein the crystal is produced by heating and melting the raw material mixture of the constituent elements.
【請求項5】 結晶を溶融法で育成することを特徴とす
る請求項の結晶の製造方法。
5. The method according to claim 4 , wherein the crystal is grown by a melting method.
【請求項6】 結晶をフラックス法により育成すること
を特徴とする請求項の結晶の製造方法。
6. The method according to claim 4 , wherein the crystal is grown by a flux method.
【請求項7】 請求項1ないし3のいずれかの結晶を光
学手段として備えたことを特徴とする高調波変換装置。
7. A harmonic converter comprising the crystal according to claim 1 as optical means.
【請求項8】 レーザーの2倍、4倍または5倍高調波
発生用の請求項の装置。
8. The apparatus of claim 7 for generating 2, 4, or 5 harmonics of a laser.
【請求項9】 請求項1ないし3のいずれかの結晶を光
学手段として備えたことを特徴とする光パラメトリック
発振装置。
9. An optical parametric oscillator comprising the crystal according to claim 1 as optical means.
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